树种多样性有多重要，数据说了算

我们的记者胡

在过去的36年里，中国实施了大量的植树造林计划。那么，什么样的造林方案才能更好地发挥植被的固碳能力呢？最近发表在英国皇家学会杂志B网上的一项研究为你揭示了答案。

随着全球变暖和温室气体效应引起的气候变化，研究全球碳循环的调控机制和抑制温室气体浓度的持续上升是生态学和气候研究领域的核心任务。

森林生态系统能够长期积累大量的碳，是全球碳循环的重要组成部分。森林碳占陆地碳库的45%。因此，植树造林成为人类降低温室气体浓度、减缓气候变暖趋势的希望。

近几十年来，我国的一系列重大生态工程，如天然林保护工程、退耕还林还草工程、防护林工程等，都证明了有效的人类干预可以提高陆地生态系统的固碳能力。

从区域来看，中国东南部的亚热带森林是一个主要的潜在碳汇。在过去的36年里，中国实施了大量的植树造林计划。然而，什么样的造林方案能更好地发挥植被的固碳能力，或者现行的造林方法在固碳能力方面是否有不足，还没有得到很好的回答。

最近，《皇家学会学报b:生物科学》在线发表的一项研究找到了答案。

树种多样性与碳储量的关系

在19世纪，达尔文曾经表达过这样的观点:如果人们在一块土地上只播种一粒草籽，而在另一块相似的土地上播种几粒不同属的草籽，那么在后一块土地上就可以生长更多的植物，收获更多的干草。他的意思是，植物物种丰富度较高的群落会有较高的初级生产力。

在接下来的两个世纪里，许多科学家观察、实验和研究了生物多样性和生态系统功能之间的关系。直到现在，它仍然是生态学领域的一个重大科学问题。固碳是生态系统的重要服务功能之一。

过去，具有不同物种多样性的森林之间的固碳差异及其潜在机制尚不清楚。因此，弄清物种多样性对森林碳汇的影响及其机制，对森林管理和保护具有重要意义。

因此，自2008年以来，由中国科学院植物研究所的马克·平(Mark Ping)团队以及德国和瑞士的生态学家组成的一个国际团队一直试图澄清一个未被准确计算的问题。森林中树种的数量如何影响其碳储存能力？

中国是世界上最典型的亚热带常绿阔叶林，分布面积最大。四川、江西和浙江都是典型的分布区。由于该地区人口密集，森林破坏严重，很难找到原始森林或老龄森林。

这次，为了找到答案，研究人员在浙江省开化县古田山*自然保护区不同演替阶段(森林年龄)的森林中设置了27个固定样地。每个地块面积为(30×30)米，每个森林群落有3-20种树种。林分年龄为22-116岁，共连续6年进行综合监测。

每增加一个树种，总碳储量将增加6.4%

与以前的研究不同，这次生态学家在森林群落中的监测项目更加全面，共有6个碳储量和4个碳通量项目。碳储量分别由地上木本植物碳、地上草本植物碳、地表凋落物碳、枯木碳、根碳和土壤碳监测。通过地上生物量碳增量、凋落物碳动态、枯枝碳动态和土壤呼吸监测碳通量。

中国科学院植物研究所副研究员、该论文第一作者刘晓娟告诉《中国科学报》，过去，关于树种丰富度对森林碳循环重要性的研究主要集中在地上部分，很少涉及地表凋落物、枯木和根部，对土壤碳的监测也很少。因此，数据采集对于这项研究尤其有价值。

监测结果表明，所有样地的平均碳储量为149吨/公顷，其中地上碳储量为56吨/公顷，地表碳储量为11.5吨/公顷，地下碳储量(土壤和根系)为80.5吨/公顷。在这些碳储量中，树种丰富度引起的碳储量变化的影响为28.5%，树龄的影响为29.4%。

刘晓娟说物种多样性和森林年龄对碳循环的影响是重叠的。现有的研究已经证明，随着时间的推移，树木会储存更多的碳。因此，研究人员预计老龄林的碳储量高于幼林和中龄林。

本研究更重要的数据结果由研究人员计算得出，即对于研究区域内每增加一个树种，森林群落的总碳储量将增加6.4%。

为什么森林群落中的树种多样性可以提高碳储量？为了回答这个问题，我们必须回到物种多样性对生态系统功能的机制的经典讨论。

有一种生物机制叫做“生态位互补假说”。这意味着同一群落中的物种之间存在生态位差异，因此生物在物种众多的群落中占据的“功能空间”范围更广。因此，物种丰富度较高的系统可以更有效地利用各种资源，并具有更高的生产力。此外，系统中物种间的生态位差异越大，物种丰富度对系统功能的影响越大。

与这项研究相对应，相关研究人员在接受英国气候变化分析网站CarbonBrief的采访时解释说，不同的树种可能占据树冠不同的高度和空间，这意味着不同的树冠可以更好地捕捉阳光并通过光合作用储存碳。Markpin补充说，地下根系也将充分利用资源，因为它们分布在不同的层次。

此外，《碳简报》还在报告中提到了一个解释:“多样化的森林吸引了更多的动物，其中许多被用作授粉者来帮助植物繁殖，而更高的授粉率可以使森林生长得更快，从而更快地吸收二氧化碳”。马科平说，这是物种相互作用和共存的机制，在物种多样性和生态系统功能的研究中引起了更多的关注。

从单一纯林到混交林

过去，中国人工林的一个特点是单一物种种植。以南方为例，大面积种植的优势树种是杉木和马尾松。

该研究假设中国单树种人工林的碳储量为每年30.3×106吨，初步估计价值为4亿美元。根据这项研究，如果这些人工林(0.89×106公顷)被10个树种的混交林取代，那么增加的碳储量将产生额外的3亿美元。

因此，本研究将为造林项目的决策和管理提供重要的数据依据和改进思路。

“种植园管理可以有不同的策略。一个计划不可能适用于所有情况。”马克·平(Mark Ping)在一次采访中表示:“从木材生产的角度来看，有些地方想立竿见影，但不能说建设速生林是错误的。然而，从长远来看，我们建议更多种类的混交林可以用于造林，而不是单一的纯林快速增长。这种效果将更加持久和稳定，因为混交林在抗病虫害方面有独特的优势。”

刘晓娟还说，“与快速生长的纯林相比，混交林需要更长的时间来收集种子和培育幼苗，生长速度更慢，死亡率相对更高。但是绿化工程是一项长期工程。十年后，我们会发现混交林的碳储量会比前者高得多，效益更大，天然林的自然景观也比人工纯林好得多”。

她还提到，除了种植混交林之外，在保护天然林的过程中，管理人员需要认识到，即使在林龄相对较小的森林中，也应尽可能保留树种高度多样性的部分，而不是随意砍伐。

事实上，即使不考虑碳固存，物种多样性对森林生态系统的影响也至关重要。现有研究证明，速生林病虫害增加、抵御自然灾害能力下降、土壤肥力下降等问题与多样性缺乏密切相关。因此，保护生物多样性实际上就是保护森林生态系统的整体功能。

早在10年前，国家自然科学基金委员会和德国科学研究协会共同资助了一个由中国、德国和瑞士科学家共同开展的大型多学科国际合作项目，即中国亚热带森林生物多样性和生态系统功能实验研究。该项目在江西省德兴市新岗山镇建立了一个大规模的森林控制试验场，该试验场拥有世界上最多的树种和最高的多样性水平。

马科平希望这些研究能够整合关键科学问题的数据资源，发展生物多样性理论，同时传达和强调多样性在森林生态系统的实际决策、管理和保护中的价值。

相关论文链接:DOI: 10.1098/rspb.2018.1240

中国科学新闻(2018-09-07第四版自然)